BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM Ho Chi Minh City University of Technology and Education ĐỒ ÁN MÔN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH THÉP Kích thước khung ngang Horizont
KÍCH THƯỚC KHUNG NGANG
Sơ đồ khung ngang và kết cấu nhà công nghiệp
Khung ngang được thiết kế với cột đặc và xà ngang có tiết diện chữ I, trong đó cột có tiết diện không đổi và liên kết ngàm với móng, đồng thời liên kết cứng với xà Để đảm bảo yêu cầu thoát nước, xà ngang được chọn với độ dốc 10 độ (tương đương với 17%) Do khung ngang chủ yếu chịu tải trọng bản thân và tải trọng gió, nội lực trong xà ngang tại vị trí nách khung thường lớn hơn nhiều so với vị trí giữa nhịp Cấu tạo xà ngang có tiết diện thay đổi, với khoảng biến đổi tiết diện cách đầu cột từ 0.35 đến 0.4 chiều dài nửa xà, trong khi tiết diện còn lại giữ nguyên.
Cửa mái chạy dọc suốt chiều dài nhà, mang tính chất thông gió, sơ bộ chọn chiều cao cửa mái là 2m và chiều rộng cửa mái là 5m
Hình 1.1.Mặt đứng sơ đồ khung ngang 1.1.1.Số liệu thiết kế
- Thiết kế khung ngang nhà công nghiệp một tầng, một nhịp bằng thé.p có cầu trục chế độ làm việc trung bình, các số liệu thiết kế :
- Chiều dài toàn bộ công trình: B = 60(m)
- Chọn bước khung: B khung = 6(m) là kinh tế khi tải cẩu trục Q không cần bố trí khe nhiệt)
- Bước đầu tiên của hai đầu nhà, khung đầu hồi không lùi vào so với trục định vị
- Sức nâng của cầu trục: Q = 10(T)< 30(T) => trục định vị dọc nhà trùng với mép ngoài cột
=> Chế độ làm việc trung bình
- Cao trình đỉnh ray: H ray = 7,5(m)
- Chiều cao cửa trời: Hct = 2(m)
-Vật liệu: CCT34, hàn tự động, que hàn N42 (d=3-5mm) hoặc tương đương.Hệ số điều kiện làm việc =1
+Cường độ tính toán thép cơ bản
+Cường đố tính toán đường hàn đối đầu:
- Bê tông móng cấp độ bền B20
- Kết cấu bao che: Tôn
- Dựa vào các thông số nhịp khung L n = 30(m) và 𝑆ứ𝑐 𝑡𝑟ụ𝑐 Q = 10(T), tra bảng catalogue cầu trục ta có các số liệu sau:
Bảng 1.1.Thông số cầu trục 10T
TL con xe Gxc(T) Áp lực
1.1.2.Sơ đồ kích thước khung ngang
Xác định kích thước khung ngang
-Cao trình đỉnh ray: Hr= 7500 (mm)
-Chiều cao ray và đệm giả định ( chọn sơ bộ ): hr = 200 (mm)
-Chiều cao dầm cầu trục: h dct =(1
Chiều cao phần cột dưới được xác định như sau:
Chiều cao từ mặt ray cầu trục đến đáy xà ngang:
H 2 = H k + b k = 960 + 500 = 1460(mm) → Chọn H 2 = 1500 (mm) b k = 100(𝑚𝑚) + 𝑓, 𝑣ớ𝑖 𝑓 = (200 − 400)𝑚𝑚: 𝑥é𝑡 độ 𝑣õ𝑛𝑔 𝑑ầ𝑚 𝑚á𝑖 ℎ𝑜ặ𝑐 𝑑à𝑛 𝑚á𝑖 Với: Hk= 960mm=0.96m, tra catalo cầu trục
(bk= 500(mm), khe hở an toàn giữa cầu trục và xà ngang.)
Chiều cao phần cột trên được xác định như sau:
H tr = h r + h dct + H 2 = 200 + 700 + 1500 = 2400 (mm) Chiều cao toàn cột: H = H d + H tr = 6600 + 2400 = 9000 (m)
1.2.2.Chọn sơ bộ các tiết diện
Dựa vào các công thức kinh nghiệm ta chọn sơ bộ các tiết diện sau:
Chiều cao tiết diện cột
Bề rộng tiết diện cột: b c =(0.3 ÷ 0.5)×h =(0.3 ÷ 0.5)×800=(240÷400) mm
30 = 10 (mm) Chọn t f = 16 (mm)_Nghiêng về an toàn
Bề dày bản bụng đảm bảo điều kiện chống gỉ > 6 mm: t w = ( 1
Hình 1.3: Kích thước sơ bộ cột
Kiểm tra lại khoảng cách an toàn từ trọng tâm ray cầu trục mép trong của cột:
Coi trục định vị trùng với mép ngoài của cột (a = 0) khi sức trục Q(T) nhỏ hơn 30(T) Khoảng cách giữa trục định vị và trục ray cẩu trục cần được xác định rõ để đảm bảo hiệu quả trong quá trình lắp đặt và vận hành.
Chọn z = 300 (mm), dễ lắp dựng, nằm trong khoảng (> zmin ; 300)mm
→Thoả mãn điều kiện an toàn
Hình 1.4.Chi tiết liên kết cột và dầm cầu trục,cẩu trục 1.2.2b.Tiết diện dầm mái (xà mái):
-Chiều cao tiết diện tại nút dầm mái liên kết với cột (chiều cao tiết diện nách khung): h 1 ≥ 1
40× 30 = 0,75 (m), → Chọn h 1 = 750(𝑚𝑚) -Chiều cao tiết diện tại đỉnh khung (chiều cao tiết diện đoạn dầm không đổi) h 2 = (0.5 ÷ 1) × h 1 = (0.5 ÷ 1) × 800 = (400 ÷ 800)mm, → Chọn h 2 = 450(𝑚𝑚) -Bề rộng tiết diện: b = (0.2 ÷ 0.5) × h 1 = (0.2 ÷ 0.5) × 800 = (160 ÷ 400)mm
Bề dày bản bụng đảm bảo điều kiện chống gỉ không nên chọn bé hơn 6 mm:
-Vị trí thay đổi tiết diện xà mái cách đầu cột một đoạn bằng (0,35 ÷ 0,4)chiều dài nữa xà
L td = (0,35 ÷ 0,4) × 15 = (5,25 ÷ 6)m → Chọn L td = 5,5(𝑚) = 5500(𝑚) Tiết diện dầm mái tại nút khung là (Tiết diện đoạn xà thay đổi): I – 750×300×10x14
Tiết diện dầm mái tại đỉnh khung là(Tiết diện đoạn xà không đổi): I – 450×300×10x14
Kích thước tiết diện của vai cột được xác định dựa trên tải trọng của cầu trục và nhịp dầm vai, tức là khoảng cách từ điểm đặt lực tập trung đến mép cột Để có sự lựa chọn sơ bộ cho tiết diện dầm vai, cần xem xét các yếu tố này một cách kỹ lưỡng.
-Khoảng cách từ trục định vị đến trục ray của cần trục:
2 = 1 (m) Chiều dài vai (từ mép trong cột đến cạnh ngoài cùng vai cột):
Chiều cao dầm vai tại điểm đặt lực:
Chiều cao của đoạn cuối dầm vai có sự thay đổi nhằm mục đích giảm lực cầu trục và lực hãm ngang Việc vắt dầm vai giúp truyền lực trực tiếp xuống dầm vai thông qua dầm cầu trục, từ đó cải thiện hiệu suất và độ bền của cấu trúc.
Bề rộng dầm vai: b 𝑑𝑣 = (0.3 ÷ 0.5) × h 𝑑𝑣 = (0.3 ÷ 0.5) × 450( mm)
Bề dày bản bụng đảm bảo điều kiện chống gỉ > 6 mm: t w = ( 1
Tiết diện dầm vai là: I – 450×300×10×12
Hình 1.5: Mặt cắt dầm vai
1.2.2d.Tiết diện các cấu kiện cửa trời:
Cửa trời đóng vai trò quan trọng trong việc thông gió cho nhà xưởng, giúp cải thiện không khí và tạo sự thoáng đãng Kích thước của cửa trời cần được xác định dựa trên yêu cầu thông thoáng của công trình, với bề rộng thường dao động từ 1/8 đến 1/4 nhịp nhà và chiều cao tương đương 1/2 bề rộng.
Theo đề bài, bề rộng cửa trời ta chọn 5m, chiều cao cửa trời là 2m Cột và dầm mái cửa trời tiết diện chữ I với các thông số như sau:
- Chiều cao cột và dầm mái cửa trời: h c_ct = 200 (mm)
- Bề rộng bản cánh cột và dầm mái cửa trời: b c_ct = 100 (mm)
Bề dày bản bụng cửa cột và dầm mái cửa trời: t w = 8 (mm)
Bề dày bản cánh cửa cột và dầm mái cửa trời: t f = 10 (mm)
Tiết diện cột, dầm mái cửa trời: I – 200×100×8x10
Hệ giằng
Hệ giằng đóng vai trò quan trọng trong các công trình bằng thép tiền chế, nhờ vào cường độ cao của vật liệu giúp tiết diện nhỏ và độ mảnh lớn Các tác dụng của hệ giằng bao gồm việc tăng cường tính ổn định và khả năng chịu lực của cấu trúc, đảm bảo an toàn cho công trình.
Hệ thống giằng của nhà được chia thành 2 nhóm: hệ giằng cột và hệ giằng mái
-Bố trí đầu hồi, dọc hiên nhà tiếp thu tải trọng gió
-Khoảng cách các hệ giằng nên Dùng xà gồ Z (200Z20) theo Zamil Steel, có các thông số sau: o I x = 661,5 cm 4 o W x = 54 cm 3 o W y = 8,1 cm 3 o P xg = 6,12 (daN/m)
Khi chọn tấm lợp tôn từ Zamil Steel, bạn nên xem xét tấm tôn kiểu chữ "S" với 5 múi gờ trên mỗi tấm Tấm tôn này có chiều cao gờ 34mm, cao hơn 20% so với nhiều hệ thống vít liên kết khác trên thị trường, đảm bảo mái có độ lõm thoát nước hiệu quả Thiết kế của loại tấm tôn này giúp chịu tải lớn, bao gồm cả lực gió, mang lại sự an toàn và bền bỉ cho công trình.
Chọn tôn loại S, độ dày danh nghĩa của tấm lợp = 0,5 (mm)
Khoảng cách giữa các xà gồ lấy d = 1,2 (m)
❖ Tải trọng bản thân của xà gồ: gxg = 6,12 (daN/m)
❖ Khối lượng bản thân của tôn: gt = 4.78 (daN/m²)
Tĩnh tải tác dụng lên xà gồ: qg = 6,12 + 4.78 1.2 = 11,86 (daN/m)
- Hoạt tải (tiêu chuẩn): p = 30 (daN/m) (TCVN 2737:2023)
Hoạt tải tác dụng lên xà gồ: qp = 301.2 = 36 (daN/m)
- Gió (tiêu chuẩn): Theo các trường hợp đã xét ở chương 1, trên vùng mái có:
❖ Gió đẩy lớn nhất: Wk = 20 daN/m² qw = 20 1.2 = 24 (daN/m)
❖ Gió hút lớn nhất: Wk = 90 daN/m² qw = 90 1.2 = 108 (daN/m)
- Tĩnh tải và hoạt tải hướng theo hướng trọng tường, trong khi đó gió hút đi theo hướng ngược lại Vì vậy, chỉ xét 2 trường hợp gồm:
TH1: Tĩnh tải + Hoạt tải + Gió đẩy
TH2: Tĩnh tải + Gió hút
Xà gồ được tính toán theo phương x như một dầm đơn giản với hai đầu tựa lên xà ngang, trong đó momen đạt giá trị lớn nhất tại giữa nhịp Trong khi đó, theo phương y, xà gồ được thiết kế như một dầm hai nhịp với các ty giằng được bố trí tại vị trí giữa nhịp và xà gồ.
Sơ đồ tính xà gồ theo phương x-x và y-y:
3.1.2 Trường hợp 1: Tính toán gồm Tĩnh tải, hoạt tải, gió đẩy
Lực tác dụng lên xà gồ theo phương x-x:
(Gía trị hệ số vượt tải 𝛾 𝑔 , 𝛾 𝑝 được lấy Theo TCVN 2737 :2023)
Lực tác dụng lên xà gồ theo phương y-y:
8 = 494, ,64 (𝑑𝑎𝑁𝑚) -Kiểm tra điều kiện bền (Theo trạng thái giới hạn 1):
Thỏa mãn điều kiện bền -Kiểm tra điều kiện độ võng, biến dạng (Theo trạng thái giới hạn 2):
Thỏa mãn điều kiện độ võng, biến dạng
3.1.3 Trường hợp 2: Tính toán gồm Tĩnh tải, gió hút
-Lực tác dụng lên xà gồ theo phương x-x:
(Gía trị hệ số vượt tải 𝛾 𝑔 , 𝛾 𝑝 được lấy Theo TCVN 2737 :2023)
Lực tác dụng lên xà gồ theo phương y-y:
8 = 962,24 (𝑑𝑎𝑁𝑚) -Kiểm tra điều kiện bền (Theo trạng thái giới hạn 1):
Thỏa mãn điều kiện bền -Kiểm tra điều kiện độ võng, biến dạng (Theo trạng thái giới hạn 2):
Thỏa mãn điều kiện độ võng, biến dạng Vậy, sử dụng xà gồ mái có tiết diện 250Z20 thõa yêu cầu chịu tải trọng tác dụng
Thiết kế xà gồ vách, sườn tường
Chọn xà gồ như ở phần xà gồ mái có tiết diện 250Z20 theo Zamil Steel, có các thông số sau: o I x = 661.5 cm 4 o W x = 54 cm 3 o W y = 8.1 cm 3 o p xg = 6.12 daN/m
Chọn tôn loại S, độ dày danh nghĩa của tấm lợp = 0.5 mm
Khoảng cách giữa các xà gồ lấy d = 1 m
❖ Tải trọng bản thân của xà gồ: gxg = 6.12 daN/m
❖ Khối lượng bản thân của tôn: gt = 4.78 daN/m²
Tĩnh tải tác dụng lên xà gồ: qg = 6.12 + 4.78 1 = 10.90 daN/m
- Gió (tiêu chuẩn): Theo các trường hợp đã xét ở chương 1, ở vùng vách ta có giá trị gió lớn nhất Wk = 74 daN/m² qw = 74 1 = 74 daN/m
❑ Tính toán xà gồ vách:
Lực tác dụng lên xà gồ theo phương x-x:
(Gía trị hệ số vượt tải 𝛾 𝑔 , 𝛾 𝑝 được lấy Theo TCVN 2737 :2023)
Lực tác dụng lên xà gồ theo phương y-y:
8 = 962,24 (𝑑𝑎𝑁𝑚) -Kiểm tra điều kiện bền (Theo trạng thái giới hạn 1):
Thỏa mãn điều kiện bền
-Kiểm tra điều kiện độ võng, biến dạng (Theo trạng thái giới hạn 2):
Thỏa mãn điều kiện độ võng, biến dạng Vậy, sử dụng xà gồ mái có tiết diện 250Z20 thõa yêu cầu chịu tải trọng tác dụng
Hình 3.2.Bố trí hệ xà gồ mái, các ty giằng nhà
TÍNH NỘI LỰC KHUNG
Mô hình hóa kết cấu khung bằng mô hình etabs
Tính toán kết cấu khung phẳng yêu cầu xác định nhịp tính toán dựa trên khoảng cách giữa hai trục cột Trục xà sẽ được xác định tại điểm thay đổi tiết diện, cụ thể là nối tâm của tiết diện nách xà với tâm tiết diện tại điểm thay đổi Đoạn còn lại sẽ được lấy trùng với trục của tiết diện nhỏ hơn.
-Liên kết giữa cột với móng là liên kết ngàm, liên kết giữa cột với dầm là liên kết cứng
-Vật liệu sử dụng : Thép CCT34 có f !00daN/cm2 ; E=2,1x106 daN/cm2; px50daN/m3
Hình 4.1.1a.Sơ đồ vị trí tiết diện khung ngang,
4.1.1b.Sơ đồ khung kích thước liên kết khung ngang,
4.1.1c.Sơ đồ vị trí các điểm, nút liên kết khung ngang 4.1.2.Sơ đồ chất tải
1) Tĩnh tải tác dụng lên khung
-Mái: tổng tải thường xuyên tác dụng lên mái qtt = 3.3(kN/m)
-Tải trọng bản than dầm cầu trục gtt.8 (kN)
-Tải trọng bản than của dầm hãm(lực hãm): gdh=5.25(kN)
2) Hoạt tải tác dụng lên khung
-Hoạt tải mái (tải trọng phân bố theo độ dóc xà ptt =2,33(kN /m)
-Tải trọng bản thân của dầm, dàn hãm:g dh tt =5.25(kN)
-Áp lực của cầu trục Dmax = 170,23(kN), Dmin = 66,51(kN)
-Áp lực ngang(lực hãm ngang) T=5,629(kN)
-TH tải gió tác dụng lên khung tính toán
Tải gió phương ngang nhà Wxtt(kN/m) Vùng tường Vùng dầm mái Cửa trời (Nóc gió) Đơn vị
Wttđón Wtthút Wttđón Wtthút Wttđón Wtthút
Hình 4.3.Sơ đồ tĩnh tải tác dụng lên khung
Hình 4.4.Sơ đồ hoạt tải mái trái của khung
Hình 4.5.Sơ đồ tĩnh hoạt tải mái phải của khung
Hình 4.6.Sơ đồ hoạt tải chất đầy của khung
Hình 4.7.Sơ đồ áp lực đứng lớn nhất của cầu trục tác dụng lên cột trái
Hình 4.8.Sơ đồ áp lực đứng lớn nhất của cầu trục tác dụng lên cột phải
Hình 4.9.Sơ đồ áp lực hãm ngang của cầu trục tác dụng lên cột trái
Hình 4.9.Sơ đồ áp lực hãm ngang của cầu trục tác dụng lên cột phải
Hình 4.10.Sơ đồ áp tải trọng gió ngang trái
Hình 4.10.Sơ đồ áp tải trọng gió ngang phải
Nội lực và tổ hợp nội lực
Phần mềm ETABS được sử dụng để phân tích kết cấu khung, cho phép xác định giá trị nội lực của các cấu kiện như cột và xà dưới những trường hợp tải trọng đặc biệt Kết quả nội lực được lấy tại các tiết diện đặc biệt của khung.
-Tại cột: tiết diện chân cột, đỉnh cột, tiết diện phía trên vai cột và dưới vai cột
-Tại xà: Tiết diện hai đầu và giữa xà, tiết diện thay đổi
Tổ hợp cơ bản 1 bao gồm nội lực do tải trọng thường xuyên, bao gồm tĩnh tải và trọng lượng bản thân của cấu kiện, cùng với hoạt tải từ tải trọng tạm thời Hệ số tổ hợp nội lực trong trường hợp này được xác định là nc = 1.
Tổ hợp cơ bản 2 bao gồm nội lực từ tải trọng thường xuyên, như tĩnh tải và trọng lượng bản thân của các cấu kiện, cùng với nội lực do các hoạt tải gây ra Hệ số tổ hợp nội lực trong trường hợp này được xác định là nc = 0,9.
=> Tại mỗi tiết diện tìm được 3 cặp nội lực:
+ Tổ hợp gây momen lớn nhất Mmax và lực dọc, lực cắt tương ứng N,V
+ Tổ hợp gây momen nhỏ nhất Mmin và lực dọc, lực cắt tương ứng N,V
+ Tổ hợp gây lực dọc lớn nhất Nmax và momen lực cắt tương ứng M,V
Tổ hợp cơ bản 1 : (TH1 đến TH11) dựa theo Bảng 4(Tĩnh tải + Hoạt tải)
Tổ hợp cơ bản 2 : (TH12 đến TH83) dựa theo Bảng 4 (Tĩnh tải +(>2Hoạt tải))
Bảng 4.2.Tổ hợp cơ bản 1 và tổ hợp cơ bản 2
Tổ hợp TT HTT HTP HT2M GT GP DmaxT DmaxP TmaxT TmaxP
Hình 4.3.Biểu đồ momen do tĩnh tải tác dụng lên khung
Hình 4.4.Biểu đồ momen do hoạt tải mái tác dụng vào nữa trái khung
Hình 4.5.Biểu đồ momen do hoạt tải mái tác dụng vào nữa phải khung
Hình 4.6.Biểu đồ momen do hoạt tải chất đầy
Hình 4.7.Biểu đồ momen do áp lực đứng lớn nhất của cầu trục tác dụng lên cột trái
Hình 4.8.Biểu đồ momen do áp lực đứng lớn nhất của cầu trục tác dụng lên cột phải
Hình 4.9.Biểu đồ momen do áp lực hãm của cầu trục tác dụng lên cột trái
Hình 4.10.Biểu đồ momen do áp lực hãm của cầu trục tác dụng lên cột phải
Hình 4.11.Biểu đồ momen do tải trọng gió ngang trái
Hình 4.12.Biểu đồ momen do tải trọng gió ngang phải
Hình 4.13.Biểu đồ bao momen
Hình.4.14.Biểu đồ bao lực cắt
Hình 4.15.Biểu đồ bao lực dọc Bảng 4.3.Bảng giá trị nội lực khung từ mô hình Etabs
Tiết diện Vị trí Loads Đơn vị TT HTT HTP HT2M GT GP DmaxT DmaxP TmaxT TmaxP
Bảng 4.3.Tổ hợp nội lực cơ bản cho tiết diện cột
BẢNG TỔ HỢP NỘI LỰC
TỔ HỢP CƠ BẢN 1 TỔ HỢP CƠ BẢN 2
M max M min N max Q max M max M min N max Q max
Bảng 4.4.Tổ hợp nội lực cơ bản cho tiết diện xà
KIỆN VỊ TRÍ NỘI LỰC CƠ BẢN 1
Mmax Mmin Nmax Vmax Mmax Mmin Nmax Vmax ĐOẠN
Kiểm tra chuyển vị của khung
4.3.1.Kiểm tra chuyển vị theo phương ngang của nhà
-Theo mục 5.3.4 TCVN 5575 2012 chuyển vị ngang của đỉnh khung nhà một tầng không vượt quá 1/300 chiều cao khung.Kiểm tra theo TTGH II nên dung tải trọng tiêu chuẩn
Chuyển vị ngang tại đỉnh khung ứng với tải trọng thường xuyên và tải trọng gió
Hình 4.26.Chuyển vị tại đỉnh khung tổ hợp tải trọng theo trường hợp 4 (TH4)
4.3.2.Kiểm tra chuyển vị theo phương đứng cua khung
Theo Bảng 1 TCVN 5575-2012, chuyển vị đứng của dầm mái không được vượt quá 1/400 nhịp của dầm mái
Chuyển vị đứng lớn nhất tại dầm mái ứng với tải tổ hợp tải trọng thường xuyên và hoạt tải chất đầy
Hình 4.Chuyển vị ngang đứng của khung tổ hợp tải theo trường hợp 3
TH3: TT+HTT+HTP (TCVN 5575:2012)
KIỂM TRA TIẾT DIỆN CỘT XÀ
Kiểm tra tiết diện cột
Cột chịu nén lệch tâm với tiết diện đối xứng và đặc trưng, có nội lực lớn nhất M, N, Q tại tiết diện chân cột Các thành phần nội lực tính toán bao gồm M (kNm), N (kNm) và Q (kN).
-Vật liệu: CCT34, hàn tự động, que hàn N42 (d=3-5mm) hoặc tương đương.Hệ số điều kiện làm việc =1
+Cường độ tính toán thép cơ bản
-Kích thước hình học tiết diện cột:
TD Cánh trên Bảng bụng Cánh dưới h(mm) bf(mm) tf(mm) hw(mm) tw(mm) bf(mm) tf(mm)
750 300 16 718 12 300 16 Đặc trưng hình học tiết diện cột:
Wx (cm 3 ) ix (cm) Iy (cm 4 ) Wy (cm 3 ) iy (cm) A (cm 2 )
Chiều dài tính toán cột trong mặt phẳng khung:
Chiều dài tính toán trong mặt phẳng khung của cột tiết diện không đổi xác định theo công thức: l x = μ × H
H: là chiều dài thực tế của cột, tính từ mặt móng đến đỉnh cột
𝜇: là hệ số chiều dài tính toán, cột liên kết ngàm với móng μ = √n + 0.56 n + 0.14 n: là tỷ số độ cứng giữa xà và cột n =I xa × H
Chiều dài tính toán của cột ngoài mặt phẳng khung được xác định bởi khoảng cách giữa các điểm cố định, nhằm ngăn cản cột di chuyển theo phương dọc của nhà Khoảng cách này được lấy bằng bước xà gồ cột, cụ thể là ly = 1.2 m.
5.1.2.Kiểm tra điều kiện khống chế độ mảnh
⇒ λ max = max(λ x ; λ y ) = λ x = 49.71 Độ mảnh quy ước của cột: λ x = λ x √f
210000 = 0.602 λ max = max(λ x ; λ y ) = λ x = 1.57 Độ mảnh giới hạn:
𝜑𝑒= Nội suy từ 𝜆 và me ở bảng D.10 phụ lục D, TCVN 5575 – 2012 me Độ lệch tâm tương đối tính đổi m: là độ lệch tâm tương đối
𝜂: là hệ số ảnh hưởng hình dạng tiết diện được nội suy từ λ, m, A f
Thỏa điều kiện độ mảnh
5.1.3.Kiểm tra điều kiện bền
Kiểm tra điều kiện bền theo công thức: σ = N
An là diện tích tiết diện thực của cấu kiện
Wn là mô đun kháng uốn của tiết diện thực
Mmax = 79639 (daNm); Nt,u = 21606 (daN); Qt,u = 18629 (daN) σ 629
Mmin = -68189 (daNm); Nt,u = 16392 (daN); Qt,u = 14611 (daN) σ 392
Mt,u = -41712 (daNm); Nmax = -29209 (daN); Qt,u = 11860 (daN) σ )209
Kiểm tra điểu kiện ổn định tổng thể trong mặt phẳng khung
Mmax = 79639 (daNm); Nt,u = 21606 (daN); Qt,u = 18629 (daN) Độ lệch tâm tương đối: m =M
Tra bảng D9 tiết diện 5 (TCVN 5575:2012) trong trường hợp 0.5 f 1 w
Nội suy với loại tiết diện số 5: η=1.086→m e =ηm x =1.086×15.14.44
Với λ x =1.57,m e 93, tra bảng D10, nội suy ta có: φ e =0.072
Mmin = -68189 (daNm); Nt,u = 16392 (daN); Qt,u = 14611 (daN) Độ lệch tâm tương đối: m x =M
Tra bảng D9 tiết diện 5 trong trường hợp 0.5 f 1 w
Nội suy với loại tiết diện số 5: η=1.086→m e =ηm x =1.086×17.09.56
Với λ x =1.57,m e 56, tra bảng D10, nội suy ta có: φ e =0.08
M t,u =-41712daNm, N max =-29209, Q t,u =-11860daN Độ lệch tâm tương đối: m x =M
Tra bảng D9 tiết diện 5 trong trường hợp 0.5 f 1 w
Nội suy với loại tiết diện số 5: η=1.4→m e =ηm x =1.4×4.87=6.818
Với λ x =1.23,m e =6.818, tra bảng D10, nội suy ta có: φ e =0.215
Kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể ngoài mặt phẳng khung
Ổn định tổng thể của cột theo phương ngoài mặt phẳng khung được xác định qua công thức σ y = N cφ y A n ≤ γ c f Trong công thức này, hệ số c phản ánh ảnh hưởng của mô men uốn M x và hình dáng tiết diện đến ổn định của cột theo phương vuông góc với mặt phẳng uốn Hệ số c cũng phụ thuộc vào m x.
Cột chịu khống chế chuyển vị theo phương vuông góc với mặt phẳng tác dụng của mômen, dẫn đến momen M x đạt giá trị lớn nhất ở khoảng 1/3 giữa chiều dài cột Tuy nhiên, giá trị này không được nhỏ hơn 0,5 lần momen lớn nhất trên toàn bộ chiều dài thanh.
Theo mục 7.4.2.5 TCVN-5575:2012): Hệ số c được xác định theo công thức: c=c 5 (2-0.2×m x )+c 10 (0.2m x -1) Trong đó:
-c 5 được xác định theo công thức 5
= + khi m x = 5 Dựa vào Bảng 16.Mục 7.4.2.5 TCVN 5575:2012 xác định hệ số λ y R.383.97kN (thỏa)
6.3.2 Xác định chiều dày bản bích
Lực kéo của bu lông ở các hàng tiếp theo:
6.3.3 Thiết kế liên kết hàng giữa bản bích– vì kèo
Tổng chiều dài tính toán của đường hàn phía cánh dưới (kể cả sườn)
∑l w =4×(145-10)+2×(75-10)g0(mm) Lực kéo trong bản cánh ngoài do mô men và lực dọc phân vào theo:
2 )A406.78(daN) Chiều cao cần thiết của đường hàn: h f yc = N k
670×15.2618×1=4.05 (mm) Tổng chiều dài tính toán của đường hàn ở bụng cột:
∑l w =2×(450-2×14-10)4(mm) Chiều cao cần thiết của đường hàn liên kết bản bụng với mặt bích h f yc = Q
824×15.2618×1=0.25 (mm) Theo cấu tạo: h f,min = 6 (mm); (t f = 16 (mm)), bảng 43 TCVN 5575:2012) h f,max = 12 (mm); (h f,max = 1.2t min ; t min = min(t w ,t f )= 10 (mm)) h f,min ≤ h f ≤ h f,max
Vị trí nối dầm
Nội lực tính toán: M max 421.2daNm, N t,u 69daN, Q t,u 64daN
Hình 6 10 Cấu tạo mối nối hai đoạn xà Chọn 8 bu lụng ỉ20 cấp độ bền 10.9 cú A14mm 2 ;A bn $5mm 2
Hình 6 11 Bố trí bu lông tại liên kết nối dầm Kiểm tra khả năng chịu kéo của bu lông:
2×(390 2 +520 2 ) 3.256 (kN) -Khả năng chịu kéo của bu lông
[N] tb =A bn f tb $5×500×10 -3 2.5kN ≥ 103.256kN (thỏa)
Khả năng chịu cắt của bu lông:
- Lực cắt tác dụng lên 1 bu lông:
8 205kN -Khả năng chịu cắt của 1 bu lông;
[N] vb = f vb γ c A = 400×0.9×314×10 -3 = 113.04kN > 3.97kN (thỏa)
6.4.1 Xác định chiều dày bản bích
Lực kéo của bu lông ở các hàng tiếp theo:
6.4.2 Thiết kế liên kết hàng giữa bản bích– vì kèo
Tổng chiều dài tính toán của đường hàn phía cánh dưới (kể cả sườn)
∑l w =4×(145-10)+2×(75-10)g0(mm) Lực kéo trong bản cánh ngoài do mô men và lực dọc phân vào theo:
2 )'512.61(daN) Chiều cao cần thiết của đường hàn: h f yc = N k
670×15.2618×1=2.69 (mm) Tổng chiều dài tính toán của đường hàn ở bụng cột:
∑l w =2×(450-2×14-10)4(mm) Chiều cao cần thiết của đường hàn liên kết bản bụng với mặt bích h f yc = Q
824×15.2618×1=0.65 (mm) Theo cấu tạo: h f,min = 6 (mm); (t f = 15 (mm)), bảng 43 TCVN 5575:2012) h f,max = 12 (mm); (h f,max = 1.2t min ; t min = min(t w ,t f )= 10 (mm)) h f,min ≤ h f ≤ h f,max
Kiểm tra tiết diện dầm vai
Sơ đồ tính của dầm vai là dầm đơn giản, tĩnh định, dạng console chịu tải trọng tập trung F đặt ở đầu dầm vai
Hình 6 12 Sơ đồ tính dầm vai
- Tải trọng tập trung do trọng lượng bản thân dầm cầu trục: g dct tt ,8 kN
- Tải trọng tập trung do tải trọng cầu trục truyền vào: D max 0,23 kN
- Khoảng cách từ mép cột ngoải đến vị trí biên dầm cầu trục: L 1 25mm
- Chiều cao tiết diện cột: h c u0mm
Moment và lực cắt lớn nhất trong dầm vai:
M max =FL=(D max +g dct )(L 1 -h c )=(170,23+10,8)×(1.225-0.75),99 kNm
Kiểm tra điều kiện chịu ép cục bộ do phản lực dầm cầu trục truyền vào: t w dv ≥ F (b dct +2t f dv )fγ c = 181,03
Kiểm tra điều kiện chịu cắt của dầm vai h w dv ≥3
Vậy tiết diện dầm vai chọn lại là:I-450×300×12×8
Hình 6 13 Tiết diện dầm vai
Hình 6 14 Cấu tạo vai cột
6.5.2 Kiểm tra tiết diện dầm vai:
Tiết diện dầm vai tại vị trí tiếp xúc với cột: I450x300x12x10
C.cao TD Cánh trên Bản bụng Cánh dưới
( ) h mm b mm f ( ) t mm f ( ) h mm w ( ) t w (mm) b mm f ( ) t mm f ( )
450 300 12 426 1 300 12 Đặc trưng hình học tiết diện:
( ) cm 4 ( ) cm 3 ( ) cm ( ) cm 4 ( ) cm 3 ( ) cm ( ) cm 2 ( ) cm 3
6.4.2.2 Điều kiện ứng suất pháp: σ max =M max
=> Tiết diện dầm thỏa điều kiện ứng suất pháp
6.4.2.3 Điều kiện ứng suất tiếp: τ max =Q max S x
6.4.2.4 Điều kiện ứng suất tương đương Ứng suất pháp tại mép bản cánh dầm: σ 1 = M
450.156 MPa Ứng suất tiếp tại mép bản cánh dầm: τ 1 =QS x
409830000×10 8.25MPa≤f v γ c 1.8×0.955.71MPa σ td =√σ 1 2 +τ 1 2 =√88.156 2 +108.25 2 9.605 MPa≤fγ c 9.5×1.15"9.45MPa
=> Tiết diện dầm vai thỏa điều kiện bền ứng suất tương đương
6.4.2.5 Điều kiện ổn định cục bộ bản cánh: b 0f t f 5
=> Tiết diện dầm vai thỏa điều kiện ổn định cục bộ bản cánh
6.4.2.6 Điều kiện ổn định cục bộ bản bụng h w t w = 426
=> Tiết diện dầm vai thỏa điều kiện ổn định cục bộ bản bụng
6.4.2.7 Điều kiện ổn định tổng thể
Theo điều 7.2.2 của TCVN 5575:2012, dầm tiết diện chữ I đối xứng không cần kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể nếu thỏa mãn điều kiện l0bf ≤ [l0bf] = [0.35 + 0.0032 × bf tf + (0.76 - 0.02bf tf) bf hfk] √Ef Trong đó, hfk là khoảng cách giữa trục của các cánh dầm; l0, theo 7.2.2.2 của TCVN 5575:2012, là khoảng cách giữa các điểm cố kết của cánh chịu nén không cho chuyển vị ngang, tương ứng với nhịp tính toán của dầm vai l0 = 300mm.
=> Tiết diện dầm vai không cần kiểm tra điều kiện ổn định tổng thể
6.4.3 Kiểm tra liên kết đường hàn dầm vai vào cột
Chiều cao đường hàn h f = 8mm
Chiều dài tính toán của đường hàn cánh 1 (phía trên): l w1 f = b f - 10 = 300 - 10 = 290 mm
Chiều dài tính toán của đường hàn cánh 2 (phía dưới): l w2 f = b f - t w - 10 = 300 - 10 - 10 = 280 mm
Chiều dài tính toán của đường hàn bụng: l w w = h w - 10 = 450 - 10 = 440 mm
